Coibentazione frigorifera: Efficienza e controllo della condensa

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Uno degli aspetti fondamentali per il buon funzionamento di una linea di refrigerazione è l’isolamento termico. Qualora questa venisse gestita come fosse una comune attività di finitura si potrebbe incorrere in problemi di perdita di efficienza energetica e di formazione di condensa e ghiaccio capaci di causare importanti danni strutturali. In questo articolo proviamo ad analizzare i metodi che possono essere utili al mantenimento delle linee refrigeranti.

Prima di iniziare è necessario introdurre un concetto importante che è il punto di rugiada. Si tratta della temperatura che trasforma l’umidità nell’aria in condensa.

Nelle tubazioni del gas refrigerante (caso A) corrisponde al valore termico che deve avere la superficie della tubazione stessa e rispetto al quale non deve mai andare sotto per evitare che su di essa si formi condensa.
Negli impianti chiusi (caso B), invece, indica la quantità di umidità massima oltre la quale il refrigerante non deve andare per evitare la formazione di cristalli di ghiaccio e il conseguente blocco delle tubazioni.

Il punto di rugiada dell’aria esterna (caso A):in questo caso si tratta di un parametro termico. Nei sistemi con gas R32 o R410A, le temperature all’interno delle tubazioni si aggirano tra i 5°C e 10°C. Nell’ipotesi che l’aria dell’ambiente sia calda e umida, quando questa incontra la superficie gelata del tubo a una temperatura inferiore ai 15°C, punto di rugiada dell’aria, avremo condensa che, gocciolando, può danneggiare le pareti dell’edificio in cui la tubazione è posta.

Il punto di rugiada all’interno del circuito (umidità nel refrigerante ovvero caso B): in questo caso viene trattato come parametro igrometrico e misurato in PPM (Parti Per Milione).L’interno delle tubazioni deve essere sigillato alla perfezione e senza umidità al suo interno. Se quest’ultima andasse oltre il valore massimo tollerato, avremo umidità che circola nel gas refrigerante. Espandendosi per poi raffreddarsi nell’evaporatore andando sotto gli 0°C, l’umidità diventa ghiaccio che ostruisce la tubazione, blocca il passaggio del gas costringendo il compressore a spingere oltre la propria potenza massima danneggiandolo.
Il massimo di umidità tollerata sta in un intervallo tra 3 e 5 PPM.

Fatta questa premessa andiamo quindi a vedere quali soluzioni possono essere applicate attraverso materiali e opportuni dimensionamenti.

Materiali

Rispetto a quanto riportato nel caso A, le tubazioni di refrigerazione si trovano a temperature che stanno sotto il punto di rugiada dell’aria esterna. Date queste condizioni operative, il materiale isolante che più si predilige è l’elastomero estruso a celle chiuse. Si tratta di “gomma” applicata attorno all’anima conduttiva di rame che, avendo questa particolare struttura, impedisce al vapore acqueo di infiltrarsi fino all’interno della tubazione. In questo modo si mantiene costante nel tempo la conducibilità termica (lambda) che per questo materiale è compresa tra 0,033 W/(m·K) e 0,040  W/(m·K) a 0°C. Inoltre questo materiale resiste alla penetrazione dell’umidità senza ricorrere a ulteriori protezioni esterne perché è caratterizzato da un fattore di resistenza alla diffusione del vapore (mu) pari a mu³10.000

Si riporta la sezione frontale di una tubazione con isolamento a elastomero estruso per applicazioni a Bassa Temperatura (BT) e Temperatura Normale (TN)

Lo schema riporta anche le formule necessarie al corretto dimensionamento dell’isolante.

Le principali tipologie sono:

• NBR (Gomma Nitrilica):  isolamento flessibile nero standard per la refrigerazione commerciale;
• EPDM: è progettato per applicazioni ad alta resistenza UV (tratti esterni) o alte temperature;
• Versioni Low Smoke / Halogen Free: sono obbligatorie in ambienti molto frequentati o che richiedono normative antincendio stringenti in termini di fumi a bassa tossicità.

Calcolo dello spessore dell’isolante

Nell’isolamenti in refrigerazione bisogna evitare la condensa superficiale. La temperatura sulla superficie esterna dell’isolante (T_se) deve superare la temperatura del punto di rugiada (T_dp) dell’aria nell’ambiente.

• Condizioni Ambientali in ambiente chiuso (indicative): T_amb = 25°C – Umidità Relativa (UR) = 70%

Dal diagramma psicrometrico qui sotto riportato è possibile ricavare il punto di rugiada di circa19,1°C.

• Tubazione: Rame, Diametro esterno 28 mm (1″ 1/8).
• Materiale Isolante: lambda = 0,036 W/(m·K).

Formula di Riferimento (Semplificata)

Al fine di non avere condensa, lo spessore deve garantire che la resistenza termica del sistema limiti il flusso di calore. La condizione da rispettare è la seguente:

T_se > T_dp

Facendo riferimento ai dati riportati nella sezione frontale del tubo refrigerante, a partire dal diametro interno dell’isolante (di = 28 mm), lo spessore s determina il diametro esterno del materiale d’isolamento (de = di + 2s). Seguendo la norma UNI EN ISO 12241, il calcolo termotecnico mette in relazione la resistenza termica dell’isolante con il coefficiente di scambio termico superficiale esterno (h_se di circa 8 W/(m^2*K) in aria calma). Si riportano i risultati secondo la situazione in esempio:

Si fa presente che aumentando il diametro della tubazione e a temperatura costante, la superficie di scambio aumenta. Per esempio, su tubi da 54 mm in BT, lo spessore commerciale standard va portato a 32 mm o serve un doppio strato.

Metodi di posa a regole d’arte

Il dimensionamento va a braccetto con la messa in posa a regola d’arte per evitare che l’aria (e quindi l’umidità) finiscano sotto l’isolante. L’isolamento deve garantire un sistema sigillato continuo.
La procedura da seguire è la seguente:

1. Taglio e Incollatura

• L’ elastomero non deve essere teso, ma spinto lungo la tubazione. Andando per trazione si rischia di ridurre lo spessore effettivo sugli angoli e di indebolire le giunzioni.
• Le estremità dei manicotti isolanti devono essere incollate direttamente sul tubo di rame all’inizio e alla fine di ogni tratto oltre che tra di loro. In caso di perdita di refrigerante o di trafilamento di condensa, il danno non si espanderà rimanendo confinato in quel singolo segmento.
• Va usato il sigillante fornito dalla casa madre  attendendo il tempo di “tack” (vale a dire asciugatura al tatto) prima di unire i lembi.

1. Gestione dei Supporti (I Ponti Termici)

Il collare di fissaggio della tubazione è il punto critico in cui può formarsi ghiaccio.

• Mai stringere il collare metallico direttamente sull’isolante per non schiacciarlo col rischio di azzerare il potere isolante.
• Utilizzare supporti dedicati per le tubazioni come corpi rigidi in PUR/PIR rivestiti in elastomero al fine di avere continuità dello spessore e scaricare il peso della tubazione senza che la gomma si comprima.

1. Protezione all’Esterno

L’elastomero è vulnerabile all’azione dei raggi UV, quindi vanno applicati i seguenti trattamenti:

• Vernice protettiva anti-UV specifica (almeno due mani).
• Protezione all’interno di canaline metalliche o plastiche chiuse.

La progettazione e installazione corretta dell’isolamento termico garantisce che i coefficienti di prestazione (COP) calcolati in fase di progetto non vengano alterati con l’impianto operativo. Spessori mal dimensionati o giunzioni mal incollate provocano inesorabilmente gocciolamenti nei controsoffitti, banchi frigo inefficienti e interventi di manutenzione straordinaria frequenti.

Armaflex è in assoluto il marchio più famoso e dominante, tanto che il termine viene comunemente usato come sinonimo per indicare l’intero genere dell’elastomero espanso, nonostante ci siano altri produttori storici  che competono nello stesso mercato dell’isolamento termico, tra cui:

• K-Flex (L’Isolante K-Flex): Il principale concorrente globale di Armacell, un’azienda italiana diventata un gigante mondiale dell’isolamento elastomerico.

• Kaiflex (Kaimann): Altro marchio europeo di assoluto rilievo (oggi parte del gruppo Eurobatex/Union Foam o competitor diretti a seconda delle linee), molto diffuso nei capitolati tecnici.

• Aeroflex: Un altro brand internazionale specializzato in elastomeri a base EPDM, particolarmente apprezzati per la resistenza alle alte temperature e ai raggi UV.